ES2877429T3

ES2877429T3 - Stretchable electronics for dentistry applications and method for the manufacture of the same

Info

Publication number: ES2877429T3
Application number: ES16733211T
Authority: ES
Inventors: Marco Letizia; Pietro Maoddi
Original assignee: Aesyra SA
Current assignee: Aesyra SA
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2036-06-22
Also published as: WO2017001978A1; EP3314990B1; EP3314990B9; US10405432B2; US20180168033A1; EP3314990A1

Abstract

Un método para producir un conductor y/o una conexión eléctrica estirables que comprende - proporcionar un sustrato estirable, un metal líquido, un metal conductor y un material de adhesión en una misma cámara de evaporación; - depositar el metal líquido; - depositar el material de adherencia; y - depositar el metal conductor; el metal líquido, el metal conductor y el material de adhesión son depositados por evaporación, la deposición se realiza al vacío; en donde - el metal líquido se deposita continuamente por evaporación durante todo el proceso de evaporación, incluida la deposición del material de adhesión y del metal conductor.A method for producing a stretchable conductor and/or electrical connection comprising - providing a stretchable substrate, a liquid metal, a conductive metal and an adhesion material in a same evaporation chamber; - deposit the liquid metal; - depositing the adhesion material; and - depositing the conductive metal; liquid metal, conductive metal and adhesion material are deposited by evaporation, the deposition is done under vacuum; where - the liquid metal is continuously deposited by evaporation during the entire evaporation process, including the deposition of the adhesion material and the conductive metal.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Electrónica estirable para aplicaciones de odontología y método para la fabricación de la mismaStretchable electronics for dental applications and method for the manufacture of the same

Campo técnicoTechnical field

La presente invención pertenece al campo de la electrónica, la electrónica estirable, la deposición de películas delgadas y, en particular, al campo de la odontología. Específicamente, se refiere a la electrónica estirable y las transiciones/conexiones eléctricas sobre sustratos estirables y sustratos flexibles utilizados para la electrónica. The present invention belongs to the field of electronics, stretch electronics, thin film deposition, and in particular to the field of dentistry. Specifically, it relates to stretchable electronics and electrical transitions / connections on stretchable substrates and flexible substrates used for electronics.

Técnica anteriorPrevious technique

Para fabricar componentes electrónicos estirables, se utilizan dos procesos principales: deposición de película delgada de metal o modelado de metal líquido o pastas conductoras sobre un sustrato elástico.To manufacture stretchable electronic components, two main processes are used: metal thin film deposition or modeling of liquid metal or conductive pastes on an elastic substrate.

En el caso del primer proceso, la deposición de película delgada de metal (por ejemplo, Cr-Au) sobre sustratos elásticos (por ejemplo, Ecoflex, PDMS, poliuretano, siliconas) se utiliza para fabricar conexiones eléctricas que se estiran y deforman conforme al sustrato a la vez que permanecen conductoras y elásticas (en un cierto rango de deformación). Para tal fin, se deposita una capa de adhesión (por ejemplo, Cr, Ti) sobre el sustrato elástico para mejorar las fuerzas de adhesión entre el sustrato y un metal altamente conductor (por ejemplo, Au, Cu, Ag, Pt, Pd). In the case of the first process, the deposition of thin film of metal (for example, Cr-Au) on elastic substrates (for example, Ecoflex, PDMS, polyurethane, silicones) is used to manufacture electrical connections that stretch and deform according to the substrate while remaining conductive and elastic (in a certain range of deformation). For this purpose, an adhesion layer (for example, Cr, Ti) is deposited on the elastic substrate to improve the adhesion forces between the substrate and a highly conductive metal (for example, Au, Cu, Ag, Pt, Pd) .

Dependiendo del sustrato y las aplicaciones, las tasas de deposición y el espesor del metal son diferentes (US 7.491.892 B2,). Lacour et al, Science 9, enero de 2015, vol. 347 no. 6218 págs.; Gerratt et al., 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, Madrid, 2014, págs. 238-24510 159-163 el grosor de la metalización está típicamente en el intervalo de unas pocas capas atómicas hasta 100 nm, produciendo una placa de circuito muy delgada.Depending on the substrate and the applications, the deposition rates and the thickness of the metal are different (US 7,491,892 B2,). Lacour et al, Science 9, January 2015, vol. 347 no. 6218 pp .; Gerratt et al., 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, Madrid, 2014, pp. 238-24510 159-163 the thickness of the metallization is typically in the range of a few atomic layers to 100 nm, producing a very thin circuit board.

Aunque la fina capa de metal sigue la deformación del sustrato elástico hasta un 20-25 % del alargamiento y permanece conductora (Lacour et al. Y Gerratt et al), la conexión de metal ya no es conductora en alargamientos mayores del 20-25 %. Ante una tensión local (es decir, una presión aplicada por una punta o una cúspide dental), la conexión eléctrica se interrumpe localmente, produciendo un fallo del dispositivo.Although the thin metal layer follows the deformation of the elastic substrate up to 20-25% of the elongation and remains conductive (Lacour et al. And Gerratt et al), the metal connection is no longer conductive at elongations greater than 20-25% . Under local stress (i.e. pressure applied by a dental tip or cusp), the electrical connection is interrupted locally, resulting in device failure.

Se puede realizar una transición de las pistas conductoras de sustratos elásticos a sustratos electrónicos tradicionales. Para ello, se añaden otros materiales en la interfaz, tales como pastas conductoras y aleaciones metálicas líquidas, para evitar una fricción excesiva (roce y cizallamiento) en la interfaz. Sin embargo, las prestaciones mecánicas de esta transición son malas y limitan la capacidad de alargamiento al 5-10 % (Lacour et al. Y Gerratt et al).Conductive tracks can be transitioned from elastic substrates to traditional electronic substrates. To do this, other materials are added at the interface, such as conductive pastes and liquid metal alloys, to avoid excessive friction (rubbing and shearing) at the interface. However, the mechanical performance of this transition is poor and limits the elongation capacity to 5-10% (Lacour et al. And Gerratt et al).

El contacto mecánico entre el metal depositado y el objeto duro es crítico. La posible fricción, roce o cizallamiento en la interfaz daña el patrón de metal depositado, reduciendo así la vida útil de las conexiones. (véase la Figura 1A). Se debe utilizar material blando (por ejemplo, pasta conductora, gel conductor) para reducir el roce y el cizallamiento en la interfaz de la transición. Estas pastas o geles conductores suelen ser perjudiciales para los seres humanos. Esto limita el campo tecnológico en el que se puede aplicar esta tecnología. Además, estas pastas o geles conductores requieren un encapsulado adecuado, que es voluminoso y aumenta particularmente las dimensiones generales del dispositivo.The mechanical contact between the deposited metal and the hard object is critical. Possible friction, rubbing, or shearing at the interface damages the deposited metal pattern, thus reducing the service life of the connections. (see Figure 1A). Soft material (eg conductive paste, conductive gel) should be used to reduce friction and shear at the interface of the transition. These conductive pastes or gels are often harmful to humans. This limits the technological field in which this technology can be applied. Furthermore, these conductive pastes or gels require a suitable encapsulation, which is bulky and particularly increases the overall dimensions of the device.

En el caso del segundo proceso para fabricar conexiones y circuitos eléctricos que se estiran y deforman conforme al sustrato a la vez que permanecen conductores y elásticos, se utilizan metales líquidos (típicamente GaIn eutéctico u otras aleaciones de Ga) y pastas conductoras con base de Ag (véase la Figura 1B). Estos materiales se pueden depositar con una jeringa o una boquilla. En la mayoría de los casos, el patrón creado con metal líquido o pastas conductoras se encapsula con siliconas u otros elastómeros.In the case of the second process to manufacture electrical circuits and connections that stretch and deform according to the substrate while remaining conductive and elastic, liquid metals (typically eutectic GaIn or other Ga alloys) and Ag-based conductive pastes are used. (see Figure 1B). These materials can be deposited with a syringe or nozzle. In most cases, the pattern created with liquid metal or conductive pastes is encapsulated with silicones or other elastomers.

Gerratt y col. (2015, Adv. Funct. Mater., 25, págs. 2287-2295) es un ejemplo de tal proceso. Gerrat y col. revelan una piel electrónica elastomérica para la sensación táctil protésica que incluye sensores resistivos para monitorizar la articulación de los dedos y sensores de presión táctiles capacitivos mediante la implementación de espuma de silicona blanda y comprimible como las películas metálicas delgadas dieléctricas y estirables. Los sensores de presión se preparan metalizando un material estirable (PDMS) con una o más bicapas de Cr/Au evaporadas térmicamente a través de una máscara. Los sensores de flexión se preparan como sensores de presión pero, además, los cables de metal líquido (Ga, Egaln) son impresos en el material estirable metalizado mediante una jeringa.Gerratt et al. (2015, Adv. Funct. Mater., 25, pp. 2287-2295) is an example of such a process. Gerrat et al. reveal an elastomeric electronic skin for prosthetic touch sensation that includes resistive sensors to monitor finger joint and capacitive touch pressure sensors through the implementation of soft and compressible silicone foam such as dielectric and stretch thin metal films. Pressure sensors are prepared by metallizing a stretch material (PDMS) with one or more thermally evaporated Cr / Au bilayers through a mask. The flex sensors are prepared as pressure sensors but, in addition, the liquid metal cables (Ga, Egaln) are printed on the metallized stretch material by means of a syringe.

Dicho patrón sigue la deformación elástica del sustrato hasta un 80-150 % de alargamiento y permanece conductor (Tiercelin et al., Journal of Micromechanics and Microengineering, IOP Publishing, 2006, 16, págs. 2389-2395; Boley y col., Advanced Functional Materials 23, 18 de junio, vol. 24, págs. 3501 -3507). El rango de deformación elástica y el rango de deformación conductora del patrón de metal líquido o pastas conductoras son más altos que en el caso de la capa delgada de metal, pero la conductividad de la conexión eléctrica hecha con metal líquido es menor.Said pattern follows the elastic deformation of the substrate up to 80-150% elongation and remains conductive (Tiercelin et al., Journal of Micromechanics and Microengineering, IOP Publishing, 2006, 16, pp. 2389-2395; Boley et al., Advanced Functional Materials 23, June 18, vol. 24, pp. 3501-3507). The elastic deformation range and the conductive deformation range of the liquid metal pattern or conductive pastes are higher than in the case of the thin layer of metal, but the conductivity of the electrical connection made with liquid metal is lower.

El uso de pastas conductoras, aleaciones metálicas líquidas u otros materiales en la interfaz entre dos sustratos permite realizar transiciones desde sustratos elásticos y sustratos electrónicos tradicionales. Sin embargo, las prestaciones mecánicas de esta transición son limitadas (5-10 % de alargamiento). La resistencia eléctrica por unidad de longitud de este tipo de conexión es demasiado alta para muchas aplicaciones.The use of conductive pastes, liquid metal alloys or other materials at the interface between two substrates allows for transitions from elastic substrates and traditional electronic substrates. However, mechanical performance of this transition is limited (5-10% elongation). The electrical resistance per unit length of this type of connection is too high for many applications.

Además, tras la aplicación de una tensión local (por ejemplo, presión aplicada por una cúspide dental), el metal líquido se desplaza y la conexión se interrumpe produciendo un fallo del dispositivo.In addition, upon application of a local stress (eg pressure applied by a dental cusp), the liquid metal is displaced and the connection is broken resulting in device failure.

La superficie externa del patrón de metal líquido se puede oxidar rápidamente. Por lo tanto, la transición entre las líneas de metal líquido y los sustratos electrónicos tradicionales requiere una encapsulación voluminosa para evitar fallos eléctricos.The outer surface of the liquid metal pattern can rust quickly. Therefore, the transition between liquid metal lines and traditional electronic substrates requires bulky encapsulation to avoid electrical failure.

La arquitectura de las líneas eléctricas, almohadillas y electrodos resulta voluminosa. De hecho, el espesor de metalización está típicamente en el intervalo de 50 a 800 gm y los conductores necesitan ser encapsulados adicionalmente por los materiales elásticos utilizados como sustrato. Por lo tanto, el grosor total de la placa electrónica estirable alcanza fácilmente 1 mm, lo que es inapropiado para muchas aplicaciones biomédicas, tales como la evaluación de la oclusión dental y los electrodos implantables para estimulación eléctrica, donde el grosor del dispositivo debe ser mínimo (por ejemplo, por debajo de 1 mm).The architecture of the power lines, pads and electrodes is bulky. In fact, the thickness of metallization is typically in the range of 50 to 800 gm and the conductors need to be further encapsulated by the elastic materials used as the substrate. Therefore, the total thickness of the stretchable electronic plate easily reaches 1 mm, which is inappropriate for many biomedical applications, such as the evaluation of dental occlusion and implantable electrodes for electrical stimulation, where the thickness of the device must be minimal. (for example, below 1mm).

En la actualidad, existe una necesidad real de conexiones electrónicas y/o electrónicas estirables que se puedan estirar y deformar conforme al sustrato, permaneciendo dicha electrónica o conexiones elásticas y conductoras y sin presentar los inconvenientes de los dispositivos obtenidos mediante los dos procesos antes mencionados: limitación de la capacidad de alargamiento y de la conductividad, transición limitada entre sustratos elásticos y sustratos electrónicos tradicionales, arquitectura voluminosa y espesores demasiado altos, inclusión de materiales nocivos, alta resistencia eléctrica por unidad de longitud de conexión. También existe una necesidad real de un método que sea más económico, más respetuoso con el medio ambiente y menos complejo.At present, there is a real need for stretchable electronic and / or electronic connections that can be stretched and deformed according to the substrate, said electronics or connections remaining elastic and conductive and without presenting the drawbacks of the devices obtained by the two aforementioned processes: limitation of elongation and conductivity, limited transition between elastic substrates and traditional electronic substrates, bulky architecture and thicknesses too high, inclusion of harmful materials, high electrical resistance per unit length of connection. There is also a real need for a method that is cheaper, more environmentally friendly and less complex.

Compendio de la invenciónSummary of the invention

La invención proporciona una solución a todos los inconvenientes anteriormente mencionados. La invención se refiere a un método para producir un conductor y/o conexión eléctrica estirable, siendo un conductor y/o una conexión eléctrica estirables en más del 100 % de la longitud inicial, dependiendo de la capacidad de deformación del sustrato estirable, comprendiendo un dispositivo tal conductor y/o conexión eléctrica estirables como se describe a lo largo de la presente descripción y en las reivindicaciones adjuntas.The invention provides a solution to all the above-mentioned drawbacks. The invention relates to a method for producing a stretchable electrical conductor and / or connection, a stretchable conductor and / or electrical connection being stretchable over more than 100% of the initial length, depending on the deformation capacity of the stretchable substrate, comprising a device such a stretchable electrical conductor and / or connection as described throughout the present description and in the appended claims.

Los inventores han descubierto que el conductor y/o la conexión eléctrica estirables obtenidos por el método de la invención y compuestos por finas capas metálicas depositadas sobre sustratos elásticos o estirables se pueden deformar en más del 300 % de elongación y hasta en un 500 % de elongación sin dejar de ser conductores (véanse las Figuras 2A y 2B).The inventors have discovered that the stretchable conductor and / or electrical connection obtained by the method of the invention and composed of thin metallic layers deposited on elastic or stretchable substrates can be deformed in more than 300% elongation and up to 500% of elongation while remaining conductive (see Figures 2A and 2B).

Mediante el uso de un conductor y/o conexión eléctrica estirable obtenido con el método de la invención, la transición del sustrato elástico y los sustratos electrónicos tradicionales no necesita otros materiales en la interfaz, tales como pasta conductora. Durante la fabricación del conductor y/o conexión eléctrica estirables, la deposición continua del metal líquido por evaporación durante todo el proceso permite combinar dicho metal líquido con otros materiales, lo que mejora el contacto mecánico y la conexión eléctrica en la transición del sustrato elástico y los sustratos electrónicos tradicionales.By using a stretchable electrical conductor and / or connection obtained with the method of the invention, the transition from the elastic substrate and traditional electronic substrates does not need other materials at the interface, such as conductive paste. During the manufacture of the stretchable electrical conductor and / or connection, the continuous deposition of the liquid metal by evaporation throughout the process allows to combine said liquid metal with other materials, which improves the mechanical contact and the electrical connection in the transition of the elastic substrate and traditional electronic substrates.

Además, la metalización proporcionada por el método o el proceso da como resultado una placa de circuito muy delgada de un grosor en el intervalo de unas pocas micras a unos pocos milímetros.Furthermore, the metallization provided by the method or process results in a very thin circuit board with a thickness in the range of a few microns to a few millimeters.

Por consiguiente, en un aspecto, la invención proporciona un método para producir un conductor y/o una conexión eléctrica estirables que comprendeAccordingly, in one aspect, the invention provides a method of producing a stretchable electrical conductor and / or connection comprising

• proporcionar un sustrato estirable, un metal líquido, un metal conductor y un material de adhesión en una misma cámara de evaporación;• provide a stretchable substrate, a liquid metal, a conductive metal and an adhesion material in the same evaporation chamber;

• depositar el metal líquido;• deposit the liquid metal;

• depositar el material de adhesión; y• deposit the bonding material; Y

• depositar el metal conductor;• deposit the conductive metal;

el metal líquido, el metal conductor y el material de adhesión se depositan por evaporación, la deposición se realiza al vacío; en donde el metal líquido es depositado continuamente por evaporación durante todo el proceso de evaporación, incluyendo la deposición del material de adhesión y el metal conductor.the liquid metal, the conductive metal and the adhesion material are deposited by evaporation, the deposition is carried out under vacuum; wherein the liquid metal is continuously deposited by evaporation throughout the evaporation process, including the deposition of the adhesion material and the conductive metal.

En un aspecto adicional, la invención proporciona un dispositivo que comprende uno o más conductores estirables y/o conexiones eléctricas producidas por el método de la invención. In a further aspect, the invention provides a device comprising one or more stretchable conductors and / or electrical connections produced by the method of the invention.

En una realización, el dispositivo de la invención se selecciona a partir de un extensímetro, una almohadilla capacitiva, un plano de tierra, un sensor, un sensor capacitivo, una matriz de sensores capacitivos, una conexión mecánica electrónica.In one embodiment, the device of the invention is selected from a strain gauge, a capacitive pad, a ground plane, a sensor, a capacitive sensor, an array of capacitive sensors, an electronic mechanical connection.

En particular, en una realización adicional, el dispositivo de la invención es una conexión electrónica y mecánica que comprende dos almohadillas de circuito, en donde al menos una de las almohadillas es un conductor y/o conexión eléctrica estirable de la invención.In particular, in a further embodiment, the device of the invention is an electronic and mechanical connection comprising two circuit pads, wherein at least one of the pads is a conductor and / or stretchable electrical connection of the invention.

Otros aspectos y realizaciones preferidas de la invención se detallan a continuación en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas. Otras características y ventajas de la invención resultarán evidentes para el experto a partir de la descripción de las realizaciones preferidas que se proporciona a continuación.Other aspects and preferred embodiments of the invention are detailed hereinafter and in the appended claims. Other characteristics and advantages of the invention will be apparent to the skilled person from the description of the preferred embodiments that follows.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

La Figura 1A muestra que el metal depositado sobre el sustrato elástico se daña después de estar en contacto con otro objeto. La Figura 1B muestra el metal líquido encapsulado en sustratos elásticos.Figure 1A shows that the metal deposited on the elastic substrate is damaged after being in contact with another object. Figure 1B shows liquid metal encapsulated in elastic substrates.

La Figura 2 muestran una tira eléctrica con patrón en PDMS en reposo, es decir, en reposo, (Figura 2A) o bajo estiramiento (Figura 2B).Figure 2 shows a patterned electrical strip in PDMS at rest, that is, at rest, (Figure 2A) or under stretch (Figure 2B).

La Figura 3 muestra una vista esquemática de un evaporador térmico. Según una realización, en vacío, las corrientes eléctricas (5, 6, 7) que fluyen en las fuentes térmicas (2, 3, 4) calientan los materiales a evaporar. Los vapores depositan estos materiales sobre la parte superior del sustrato (1). Ajustando la corriente en las fuentes, se cambia la tasa de deposición. Se utilizan varias fuentes activas al mismo tiempo.Figure 3 shows a schematic view of a thermal evaporator. According to one embodiment, under vacuum, the electric currents (5, 6, 7) that flow in the heat sources (2, 3, 4) heat the materials to be evaporated. Vapors deposit these materials on top of the substrate (1). By adjusting the current in the sources, the deposition rate is changed. Several active sources are used at the same time.

La Figura 4 muestra un esquema de la velocidad de deposición del metal líquido, el material de adhesión y el metal conductor durante el método de la invención: la línea continua representa la velocidad de deposición (fases A a G) del metal líquido, la línea de puntos representa la tasa de deposición del material de adhesión (fase B) y la línea discontinua representa la tasa de deposición del metal conductor (fase D). Fase A: el metal líquido se deposita a una velocidad de deposición > 0 nm/s antes de depositar la capa de material de adhesión. Fase B: se ajusta la tasa de deposición del metal líquido mientras se deposita la capa de material de adhesión. Fase C: se detiene la deposición del material de adhesión y se ajusta la velocidad de deposición del metal líquido. Fase D: la tasa de deposición del metal líquido se ajusta mientras se deposita el metal conductor. Fase E: se detiene la deposición del metal conductor y se ajusta la velocidad de deposición del metal líquido. Fase F: se aumenta la velocidad de deposición del metal líquido para obtener un recubrimiento final de metal líquido. Fase G: se detiene la deposición del metal líquido.Figure 4 shows a diagram of the deposition rate of the liquid metal, the adhesion material and the conductive metal during the method of the invention: the solid line represents the deposition rate (phases A to G) of the liquid metal, the line The dotted line represents the deposition rate of the bonding material (phase B) and the dashed line represents the deposition rate of the conductive metal (phase D). Phase A: Liquid metal is deposited at a deposition rate> 0 nm / s before depositing the bonding material layer. Phase B: The rate of deposition of the liquid metal is adjusted while the layer of bonding material is being deposited. Phase C: The deposition of the bonding material is stopped and the rate of deposition of the liquid metal is adjusted. Phase D: The rate of deposition of the liquid metal is adjusted while the conductive metal is deposited. Phase E: The deposition of the conductive metal is stopped and the rate of deposition of the liquid metal is adjusted. Phase F: the rate of deposition of the liquid metal is increased to obtain a final coating of liquid metal. Phase G: liquid metal deposition stops.

La Figura 5 muestra estructuras a modo de ejemplo resultantes de la deposición de metal delgado sobre un sustrato elástico; (a) método tradicional: el Cr se deposita como una capa de adhesión sobre PDMS (material elastomérico); el Au garantiza una buena conducción; (b) se puede añadir metal líquido encima de la capa de Au; (c) el metal líquido puede ser evaporado antes o después de los otros materiales en cualquier orden; (d) se obtienen estructuras más complejas con rendimiento superior dependiendo de la velocidad de deposición y evaporando simultáneamente los diferentes metales y materiales según una realización de la invención.Figure 5 shows exemplary structures resulting from the deposition of thin metal on an elastic substrate; (a) traditional method: Cr is deposited as an adhesion layer on PDMS (elastomeric material); Au guarantees good driving; (b) liquid metal can be added on top of the Au layer; (c) the liquid metal can be evaporated before or after the other materials in any order; (d) more complex structures are obtained with superior performance depending on the deposition rate and simultaneously evaporating the different metals and materials according to an embodiment of the invention.

La Figura 6 muestra la transición entre una placa de circuito impreso clásica (6) y un circuito estirable (7) proporcionada por el método aquí descrito. El circuito estirable comprende un sustrato elástico (4) sobre el que se modelan líneas conductoras con almohadillas (5). La placa de circuito impreso clásica comprende una placa rígida o flexible (1) sobre la que se modelan líneas conductoras con almohadillas (2). Las almohadillas de la placa de circuito impreso clásico contienen una ranura en la que está presente un adhesivo (3). La Figura 6A muestra una parte de una placa de circuito impreso clásica y una parte de un circuito estirable, para su puesta en contacto mutuo. La Figura 6B representa una vista lateral seccionada de la formación del contacto en la transición entre la placa de circuito impreso clásica y el circuito estirable.Figure 6 shows the transition between a classical printed circuit board (6) and a stretchable circuit (7) provided by the method described here. The stretchable circuit comprises an elastic substrate (4) on which conductive lines with pads (5) are modeled. The classical printed circuit board comprises a rigid or flexible board (1) on which conductive lines with pads (2) are patterned. The pads of the classical printed circuit board contain a groove in which an adhesive (3) is present. Figure 6A shows a part of a conventional printed circuit board and a part of a stretchable circuit, for their mutual contact. Figure 6B represents a sectional side view of the contact formation at the transition between the conventional printed circuit board and the stretch circuit.

La Figura 7A muestra una matriz capacitiva estirable modelada en PDMS. La Figura 7B muestra una serie de sensores de presión capacitivos estirables modelados en PDMS (1). Una transición (3) formada usando el método descrito en este documento se utiliza para proporcionar las conexiones eléctricas a una PCB flexible (2). La electrónica de la PCB flexible (4) lee las señales del conjunto de sensores y evalúa la distribución de las fuerzas aplicadas sobre los sensores por las cúspides dentales (5).Figure 7A shows a stretchable capacitive matrix modeled in PDMS. Figure 7B shows a series of stretchable capacitive pressure sensors modeled in PDMS (1). A transition (3) formed using the method described in this document is used to provide the electrical connections to a flexible PCB (2). The electronics of the flexible PCB (4) reads the signals from the sensor array and evaluates the distribution of the forces applied on the sensors by the dental cusps (5).

La Figura 8 muestra una muestra utilizada para ensayos de estiramiento por tracción. Una línea conductora delgada y estrecha (2) se modela con el método descrito en este documento sobre un sustrato elástico delgado (1). Los dos extremos de las líneas se conectan a cables eléctricos (3) mediante un adhesivo en la parte superior (4). Después, dicha muestra se estira linealmente usando una máquina controlada por ordenador en la dirección representada por las flechas negras, mientras se mide la resistencia eléctrica de la línea. Figure 8 shows a sample used for tensile stretching tests. A thin and narrow conductive line (2) is modeled with the method described in this document on a thin elastic substrate (1). The two ends of the lines are connected to electrical cables (3) by means of an adhesive on the upper part (4). Then, said sample is linearly stretched using a computer controlled machine in the direction represented by the black arrows, while the electrical resistance of the line is measured.

La Figura 9 muestra un ejemplo de medición de la resistencia eléctrica para varios alargamientos mecánicos de una muestra preparada como en la Figura 8.Figure 9 shows an example of electrical resistance measurement for various mechanical elongations of a sample prepared as in Figure 8.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La presente divulgación se puede entender más fácilmente haciendo referencia a la siguiente descripción detallada presentada en combinación con las figuras de los dibujos adjuntos, que forman parte de esta divulgación. Se debe entender que esta divulgación no se limita a las condiciones ni a los parámetros específicos descritos y/o mostrados en este documento, y que la terminología utilizada en este documento tiene el propósito de describir realizaciones particulares dado que la invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.The present disclosure can be more easily understood by referring to the following detailed description presented in conjunction with the accompanying drawing figures, which form part of this disclosure. It should be understood that this disclosure is not limited to the specific conditions or parameters described and / or shown in this document, and that the terminology used in this document is for the purpose of describing particular embodiments since the invention is defined by the claims. attached.

Como se utiliza en este documento, el material de adhesión es un material que se usa para mejorar la adhesión del metal a los sustratos.As used herein, bonding material is a material that is used to enhance the adhesion of metal to substrates.

Como se utiliza en este documento, el material conductor es un metal que es sólido en condiciones ambientales y presenta la conductividad más alta entre los materiales evaporados.As used in this document, the conductive material is a metal that is solid under ambient conditions and exhibits the highest conductivity among evaporated materials.

Como se utiliza en el presente documento, el metal líquido es un material metálico que se encuentra en estado líquido o semilíquido hasta una temperatura de 90°C y en condiciones de presión atmosférica.As used herein, liquid metal is a metallic material that is in a liquid or semi-liquid state up to a temperature of 90 ° C and under atmospheric pressure conditions.

Como se utiliza en este documento, tasa de deposición significa la cantidad de material depositado sobre el sustrato por unidad de tiempo, por ejemplo en un segundo.As used herein, deposition rate means the amount of material deposited on the substrate per unit of time, for example in one second.

Como se utiliza en el presente documento, la transición en el contexto de una conexión significa una línea, una pista de la placa electrónica y cualquier camino conductor entre dos regiones o dos componentes.As used herein, transition in the context of a connection means a line, a track on the electronic board, and any conductive path between two regions or two components.

En una realización, el método de la invención comprende además una etapa de depositar el metal líquido sobre el sustrato estirable y/o antes de depositar el material de adhesión. El método descrito en el presente documento comprende además una etapa de depositar el metal líquido sobre el metal conductor y/o después de depositar el metal conductor.In one embodiment, the method of the invention further comprises a step of depositing the liquid metal on the stretchable substrate and / or prior to depositing the adhesion material. The method described herein further comprises a step of depositing the liquid metal on the conductive metal and / or after depositing the conductive metal.

En una realización, el método comprende además una etapa de depositar el metal líquido después de depositar el material de adhesión y antes de depositar el material conductor.In one embodiment, the method further comprises a step of depositing the liquid metal after depositing the adhesion material and before depositing the conductive material.

Según la invención, el metal líquido se deposita continuamente por evaporación durante todo el proceso de evaporación, incluyendo las deposiciones del material de adhesión y el metal conductor.According to the invention, the liquid metal is continuously deposited by evaporation throughout the evaporation process, including the deposits of the adhesion material and the conductive metal.

En una realización adicional, en el método de la invención, el metal líquido, el metal conductor y el metal de adhesión se depositan por evaporación a diferentes velocidades de deposición, que son variables durante el proceso. El metal líquido se deposita durante todo el proceso de evaporación de la producción del sustrato estirable y durante todas las etapas de deposición del material de adhesión y del material conductor (Figura 4, fases A a G). El metal líquido se puede depositar a velocidades de deposición variables o diferentes durante todo el proceso.In a further embodiment, in the method of the invention, the liquid metal, the conductive metal and the adhesion metal are deposited by evaporation at different deposition rates, which are variable during the process. The liquid metal is deposited during the entire evaporation process of the production of the stretchable substrate and during all the stages of deposition of the adhesion material and the conductive material (Figure 4, phases A to G). Liquid metal can be deposited at varying or different deposition rates throughout the process.

En particular, de acuerdo con la Figura 3, el metal líquido colocado en (4), el metal conductor colocado en (2) y el material de adhesión colocado en (3) se depositan sobre el sustrato (1) por evaporación a diferentes velocidades de deposición, que son variables durante el proceso. La tasa de deposición del metal líquido puede ser diferente de la tasa de deposición del metal conductor y/o de la tasa de deposición del material de adhesión. La velocidad de deposición del metal líquido es diferente de la velocidad de deposición del metal conductor y/o de la velocidad de deposición del material de adhesión, cuando el metal líquido se deposita junto con el metal conductor y/o el material adhesivo.In particular, according to Figure 3, the liquid metal placed in (4), the conductive metal placed in (2) and the adhesion material placed in (3) are deposited on the substrate (1) by evaporation at different speeds. deposition, which are variable during the process. The deposition rate of the liquid metal may be different from the deposition rate of the conductive metal and / or the deposition rate of the bonding material. The deposition rate of the liquid metal is different from the deposition rate of the conductive metal and / or the deposition rate of the adhesion material, when the liquid metal is deposited together with the conductive metal and / or the adhesive material.

Dado que las temperaturas de evaporación de los metales y el material dependen de la presión en la cámara y del tipo de material, la tasa de deposición de los metales y del material se controla ajustando la corriente en las fuentes (5, 6, 7) (véase la Figura 3). Cuanto mayor es la corriente, mayor es la tasa de evaporación. Las corrientes pueden estar en el intervalo de 0 A a 500 A, de 5 A a 500 A, de 5 A a 70 A o de 50 A a 500 A. Las tasas de deposición durante el proceso de deposición pueden estar en el intervalo de 0 a 12 Á/s (Ángstróm/segundo), o de 0 a 1,2 nm/s. Las corrientes están preferiblemente en el intervalo de 0 A a 100 A. Las velocidades de deposición durante el proceso de deposición están preferiblemente en el intervalo de 0 a 3 nm/s. Las temperaturas de las fuentes pueden estar en el intervalo de 0 °C a 1500 °C, o de 0 °C a 200 °C, y cuando la fuente se calienta, las temperaturas de las fuentes calentadas pueden estar en el intervalo de 200 a 1500 °C.Since the evaporation temperatures of the metals and the material depend on the pressure in the chamber and the type of material, the rate of deposition of the metals and the material is controlled by adjusting the current at the sources (5, 6, 7) (see Figure 3). The higher the current, the higher the evaporation rate. The currents can be in the range of 0 A to 500 A, 5 A to 500 A, 5 A to 70 A, or 50 A to 500 A. Deposition rates during the deposition process can be in the range of 0 to 12 Á / s (Angstrom / second), or 0 to 1.2 nm / s. The currents are preferably in the range of 0 A to 100 A. The deposition rates during the deposition process are preferably in the range of 0 to 3 nm / s. The temperatures of the sources can be in the range of 0 ° C to 1500 ° C, or 0 ° C to 200 ° C, and when the source is heated, the temperatures of the heated sources can be in the range of 200 to 1500 ° C.

El material de adhesión y el material conductor se depositan alternativamente por evaporación en el método descrito en el presente documento. El metal líquido se deposita antes de depositar el material de adherencia y después de depositar dicho material de adherencia, y antes de depositar el material conductor y después de depositar dicho material conductor.The bonding material and the conductive material are alternately deposited by evaporation in the method described herein. The liquid metal is deposited before depositing the bonding material and after depositing said bonding material, and before depositing the conductive material and after depositing said conductive material.

El material de adhesión en el método de la invención se deposita antes que el metal conductor. The adhesion material in the method of the invention is deposited before the conductive metal.

En otra realización del método de la invención, el metal líquido se deposita antes de depositar el material de adhesión, mientras se deposita dicho material de adhesión, después de depositar dicho material de adhesión y antes de depositar el material conductor, mientras se deposita dicho material conductor y después de depositar dicho material conductor. In another embodiment of the method of the invention, the liquid metal is deposited before depositing the adhesion material, while depositing said adhesion material, after depositing said adhesion material and before depositing the conductive material, while depositing said material. conductive and after depositing said conductive material.

En una realización adicional del método de la invención, la deposición por evaporación se realiza mediante un método de deposición física por vapor seleccionado de una deposición por proceso de sublimación, deposición por arco catódico, deposición física por vapor por haz de electrones, evaporación térmica, deposición por evaporación, deposición por láser pulsado, deposición por pulverización catódica y/o deposición química por vapor, evaporación por haz de electrones, evaporación térmica, epitaxia por haz molecular.In a further embodiment of the method of the invention, the evaporative deposition is carried out by a method of physical vapor deposition selected from a deposition by sublimation process, cathodic arc deposition, physical electron beam vapor deposition, thermal evaporation, evaporative deposition, pulsed laser deposition, sputter deposition and / or chemical vapor deposition, electron beam evaporation, thermal evaporation, molecular beam epitaxy.

Preferiblemente, en el caso de usar evaporación térmica (véase la Figura 3) como método de deposición, el método de la invención comprende además las siguientes etapas:Preferably, in the case of using thermal evaporation (see Figure 3) as the deposition method, the method of the invention further comprises the following steps:

• colocar el metal líquido, el metal conductor y el material de adhesión sobre las diferentes fuentes térmicas (2, 3, 4) de la cámara evaporadora;• place the liquid metal, the conductive metal and the adhesion material on the different heat sources (2, 3, 4) of the evaporating chamber;

• añadir opcionalmente una máscara de evaporación sobre los sustratos estirables (1) para modelar el metal líquido, el material de adhesión y el metal conductor en ciertas regiones del sustrato,• optionally add an evaporation mask on the stretchable substrates (1) to model the liquid metal, the bonding material and the conductive metal in certain regions of the substrate,

• calentar progresivamente las fuentes térmicas correspondientes a la fuente sobre la que se coloca el metal líquido, hasta que el metal líquido se evapora y se deposita sobre el sustrato;• progressively heat the thermal sources corresponding to the source on which the liquid metal is placed, until the liquid metal evaporates and is deposited on the substrate;

• activar la fuente térmica correspondiente a la fuente sobre la que se coloca el material de adhesión (3), ajustando la corriente que fluye en la fuente (7) para tener una tasa de deposición que da como resultado la deposición de una capa delgada de material;• activate the thermal source corresponding to the source on which the adhesion material (3) is placed, adjusting the current flowing in the source (7) to have a deposition rate that results in the deposition of a thin layer of material;

• apagar la fuente térmica correspondiente a la fuente sobre la que se coloca el material de adhesión (3); • turn off the heat source corresponding to the source on which the bonding material is placed (3);

• activar la fuente térmica correspondiente a la fuente sobre la que se coloca el metal conductor (2), ajustando la corriente que fluye en la fuente (5) para tener una tasa de deposición que da como resultado la deposición de una capa delgada de este metal;• activate the thermal source corresponding to the source on which the conductive metal (2) is placed, adjusting the current that flows in the source (5) to have a deposition rate that results in the deposition of a thin layer of this metal;

• apagar la fuente térmica correspondiente a la fuente sobre la que se coloca el metal conductor (2);• turn off the thermal source corresponding to the source on which the conductive metal is placed (2);

• incrementar la corriente (6) que fluye continuamente hacia las fuentes correspondientes sobre las que se coloca el metal líquido (4), para depositar el metal líquido bajo la forma de una capa delgada;• increasing the current (6) that flows continuously towards the corresponding sources on which the liquid metal (4) is placed, to deposit the liquid metal in the form of a thin layer;

• apagar la fuente térmica correspondiente a las fuentes sobre las que se coloca el metal líquido (4).• turn off the heat source corresponding to the sources on which the liquid metal is placed (4).

Capa delgada significa un espesor de la capa después de la deposición del metal o del material comprendida entre 1 nm y 200 nm. Para fabricar conductores estirables, el grosor del material de adhesión (por ejemplo, Cr) es de aproximadamente 5 nm y el material conductor (por ejemplo, Au) es de aproximadamente 30 nm.Thin layer means a thickness of the layer after the deposition of the metal or material between 1 nm and 200 nm. To make stretchable conductors, the thickness of the adhesion material (eg Cr) is about 5 nm and the conductive material (eg Au) is about 30 nm.

Las diferentes capas metálicas resultantes de la metalización en el método de la invención tienen un espesor total de menos de 100 nm o en el intervalo de > 0 nm a <100 nm, preferiblemente de unos pocos nanómetros (> 0 nm) a 100 nm, de 3 nm a 100 nm.The different metallic layers resulting from metallization in the method of the invention have a total thickness of less than 100 nm or in the range of> 0 nm to <100 nm, preferably a few nanometers (> 0 nm) to 100 nm, from 3 nm to 100 nm.

En una realización adicional del método, se modela la deposición de los metales y el material sobre el sustrato estirable. Dicho patrón se puede realizar mediante una máscara de evaporación y/o mediante técnicas de grabado por fotolitografía.In a further embodiment of the method, the deposition of the metals and material on the stretchable substrate is patterned. Said pattern can be made by means of an evaporation mask and / or by photolithographic etching techniques.

El sustrato estirable comprende un material elastomérico. El sustrato estirable o sustrato elástico comprende material elastomérico. Una lista no exhaustiva y no limitante de materiales estirables y/o elásticos adecuados de acuerdo con la presente invención comprende materiales poliméricos tales como silicona (por ejemplo, polidimetilsiloxano PDMS), policlorobifenilo estirable o flexible, caucho de nitrilo, poliimida, látex, poliuretano, poliisopreno (caucho sintético), cualquier tipo de elastómeros, la familia Tango de materiales similares al caucho (por ejemplo, TangoPlus o FullCure930), espuma de poliuretano (goma espuma), espuma XPS, espuma de poliestireno, espuma fenólica, copolímeros de bloque estirénicos, mezclas de poliolefinas, aleaciones de elastómeros, poliuretanos termoplásticos (TPU), copoliéster termoplástico, poliamidas termoplásticas, y similares.The stretchable substrate comprises an elastomeric material. The stretchable substrate or elastic substrate comprises elastomeric material. A non-exhaustive and non-limiting list of suitable stretchable and / or elastic materials according to the present invention comprises polymeric materials such as silicone (for example, PDMS polydimethylsiloxane), stretchable or flexible polychlorobiphenyl, nitrile rubber, polyimide, latex, polyurethane, polyisoprene (synthetic rubber), any type of elastomers, the Tango family of rubber-like materials (for example, TangoPlus or FullCure930), polyurethane foam (foam rubber), XPS foam, Styrofoam, phenolic foam, styrenic block copolymers , polyolefin blends, elastomer alloys, thermoplastic polyurethanes (TPU), thermoplastic copolyester, thermoplastic polyamides, and the like.

El conductor y/o la conexión eléctrica estirables comprenden material eléctricamente conductor que es cualquier material adecuado capaz de conducir la corriente eléctrica. Dicho material incluye, pero no se limita a, metal líquido y metal conductor.The stretchable electrical conductor and / or connection comprises electrically conductive material which is any suitable material capable of conducting electrical current. Such material includes, but is not limited to, liquid metal and conductive metal.

El metal líquido se selecciona a partir de metales que incluyen pero no se limitan a galio, mercurio, así como aleaciones de los mismos u óxidos de los mismos. El metal líquido (por ejemplo, aleaciones de Ga) o un metal con un punto de fusión bajo (por ejemplo, Ga puro) se combina con el material de adhesión y el metal conductor durante la evaporación para mejorar las propiedades mecánicas (elasticidad y capacidad de estiramiento) del conductor y/o conexión eléctrica estirables, dicha propiedad mecánica está limitada a la capacidad de deformación del material elastomérico utilizado para el sustrato estirable.The liquid metal is selected from metals including but not limited to gallium, mercury, as well as alloys thereof or oxides thereof. Liquid metal (for example, Ga alloys) or a metal with a low melting point (for example, pure Ga) combines with the bonding material and conductive metal during evaporation to improve mechanical properties (elasticity and capacity stretching) of the conductor and / or electrical connection stretchable, said mechanical property is limited to the deformability of the elastomeric material used for the stretchable substrate.

El metal conductor se selecciona entre metales que incluyen, pero no se limitan a, cobre, plata, oro, aluminio, platino, paladio y similares, así como aleaciones u óxidos de los mismos. Permite crear una conexión eléctrica de baja resistencia.The conductive metal is selected from metals including, but not limited to, copper, silver, gold, aluminum, platinum, palladium, and the like, as well as alloys or oxides thereof. Allows you to create a low resistance electrical connection.

El material de adhesión forma una capa e incluye, pero no se limita a, Cr y Ti. Proporciona una adhesión entre el sustrato estirable y el metal conductor.The bonding material forms a layer and includes, but is not limited to, Cr and Ti. Provides an adhesion between the stretchable substrate and the conductive metal.

En particular, en el método de la invención, el metal líquido se selecciona a partir de galio, mercurio, aleaciones u óxidos de los mismos y de metal líquido o semilíquido a menos de 90°C en condiciones de presión atmosférica; el material de adhesión es metálico seleccionado a partir de Cr, Ti y el material conductor es metálico seleccionado a partir de Au, Ag, Cu o Au, Ag, Cu, Pt, Pd.In particular, in the method of the invention, the liquid metal is selected from gallium, mercury, alloys or oxides thereof and from liquid or semi-liquid metal at less than 90 ° C under atmospheric pressure conditions; the adhesion material is metallic selected from Cr, Ti and the conductive material is metallic selected from Au, Ag, Cu or Au, Ag, Cu, Pt, Pd.

El material de adhesión, el metal conductor y el metal líquido se evaporan en una cámara de evaporación al vacío. El metal líquido se evapora antes, durante y después de que el otro metal (metal conductor) y el material de adhesión se evaporen. La tasa de deposición del metal líquido cambia durante el proceso para asegurar una adhesión de capa adecuada y una combinación adecuada entre metales y materiales. El vapor del metal líquido en la cámara durante todo el proceso se combina con los otros vapores de metal antes de que se deposite sobre el sustrato. Al final del proceso, a temperatura ambiente y condiciones ambientales, el metal líquido es semilíquido y se combina con los otros metales para asegurar propiedades mecánicas y eléctricas óptimas para su aplicación en la electrónica estirable (véanse las Figuras 2 y 5).The bonding material, conductive metal, and liquid metal are evaporated in a vacuum evaporation chamber. The liquid metal evaporates before, during and after the other metal (conductive metal) and the bonding material evaporate. The rate of deposition of the liquid metal changes during the process to ensure adequate layer adhesion and a suitable combination of metals and materials. The vapor of the liquid metal in the chamber throughout the process combines with the other metal vapors before it is deposited on the substrate. At the end of the process, at room temperature and ambient conditions, the liquid metal is semi-liquid and combines with the other metals to ensure optimal mechanical and electrical properties for application in stretchable electronics (see Figures 2 and 5).

También se describe un conductor y/o conexión eléctrica estirables obtenidos mediante el método de la invención. A stretchable electrical conductor and / or connection obtained by the method of the invention is also described.

Dado que las velocidades de deposición del metal líquido son variables durante todo el proceso, los métodos descritos en este documento proporcionan conductores y/o conexiones eléctricas estirables, que pueden tener diferentes estructuras. Dichas estructuras incluyen sustratos elásticos o estirables que forman un soporte estirable sobre el cual son depositados sucesivamente el material de adherencia, el material conductor y el metal líquido (véase la Figura 5b, que no forma parte de la invención), sustratos elásticos sobre los que alternativamente es depositado el metal líquido en cualquier orden entre la capa de adhesión y conductora (véase la Figura 5c, que no forma parte de la invención) y los sustratos elásticos sobre los cuales el metal líquido es depositado continuamente primero con el material de adhesión y luego con el material conductor (véase la Figura 5d, según se proporciona mediante el método de la invención).Since the rates of deposition of the liquid metal are variable throughout the process, the methods described in this document provide conductors and / or stretchable electrical connections, which can have different structures. Said structures include elastic or stretchable substrates that form a stretchable support on which adhesion material, conductive material and liquid metal are successively deposited (see Figure 5b, which is not part of the invention), elastic substrates on which alternatively the liquid metal is deposited in any order between the adhesion and conductive layer (see Figure 5c, which is not part of the invention) and the elastic substrates on which the liquid metal is continuously deposited first with the adhesion material and then with the conductive material (see Figure 5d, as provided by the method of the invention).

También se describe un conductor y/o conexión eléctrica estirable que comprende el sustrato estirable, un material de adhesión, un metal conductor y un metal líquido, en donde dicho material de adhesión, dicho metal conductor y dicho metal líquido están en forma de capas.Also described is a stretchable electrical conductor and / or connection comprising the stretchable substrate, an adhesion material, a conductive metal and a liquid metal, wherein said adhesion material, said conductive metal and said liquid metal are in the form of layers.

El conductor y/o la conexión eléctrica estirables comprenden además una capa de metal líquido sobre el sustrato estirable. Esta capa de metal líquido puede ser opcional. El sustrato estirable puede estar cubierto por una primera capa de metal líquido, si está presente, o directamente por la capa adhesiva, si dicha primera capa de metal líquido está ausente.The stretchable electrical lead and / or connection further comprises a layer of liquid metal on the stretchable substrate. This liquid metal layer can be optional. The stretchable substrate can be covered by a first liquid metal layer, if present, or directly by the adhesive layer, if said first liquid metal layer is absent.

El conductor y/o la conexión eléctrica estirables comprenden además una capa de metal líquido sobre la capa de metal conductor.The stretchable conductor and / or electrical connection further comprises a liquid metal layer on top of the conductive metal layer.

La capa de material de adhesión está cubierta por la capa de metal conductor que está cubierta por la capa de metal líquido.The bonding material layer is covered by the conductive metal layer which is covered by the liquid metal layer.

La capa de material de adhesión, la capa de metal conductor y la capa de metal líquido del conductor estirable y/o la conexión eléctrica son capas sucesivas o capas alternas.The bonding material layer, the conductive metal layer and the liquid metal layer of the stretchable conductor and / or the electrical connection are successive layers or alternate layers.

El conductor estirable y/o la conexión eléctrica pueden comprender además una capa de metal líquido entre la capa de material adhesivo y la capa de metal conductor.The stretchable conductor and / or electrical connection may further comprise a liquid metal layer between the adhesive material layer and the conductive metal layer.

El conductor y/o la conexión eléctrica estirables comprenden una capa de material de adhesión que comprende metal líquido y material de adhesión y una capa de metal conductor que comprende metal líquido y metal conductor.The stretchable conductor and / or electrical connection comprises a layer of adhesion material comprising liquid metal and adhesion material and a layer of conductive metal comprising liquid metal and conductive metal.

El conductor y/o la conexión eléctrica estirables se pueden estirar en más del 100 % de la longitud inicial dependiendo de la capacidad de deformación del sustrato estirable. La deformación del conductor y/o de la conexión eléctrica estirable es superior al 300 % de alargamiento, en el intervalo del 100 % al 500 %, del 100 % al 300 % de la longitud inicial. En un caso particular, un conductor y/o una conexión eléctrica estirables proporcionados por la metalización de la aleación Cr-Au-Ga se estiran y permanecen conductores en todo el intervalo elástico del 500 % de alargamiento del sustrato que es PDMS.The stretchable conductor and / or electrical connection can be stretched more than 100% of the initial length depending on the deformability of the stretchable substrate. The deformation of the conductor and / or of the stretchable electrical connection is greater than 300% elongation, in the range of 100% to 500%, 100% to 300% of the initial length. In a particular case, a stretchable conductor and / or electrical connection provided by the metallization of the Cr-Au-Ga alloy is stretched and remains conductive throughout the elastic range of 500% elongation of the substrate that is PDMS.

En un aspecto, la invención proporciona un dispositivo que comprende uno o más conductores y/o conexiones eléctricas estirables según el método de la invención. In one aspect, the invention provides a device comprising one or more stretchable electrical conductors and / or connections according to the method of the invention.

En una realización adicional, el dispositivo de la invención se utiliza para medir la oclusión dental y las fuerzas dentales a través de medios capacitivos. En consecuencia, el dispositivo para utilizar en la medición de la oclusión dental de un sujeto a través de medios capacitivos, se caracteriza por que comprende: un sustrato reversiblemente deformable tras la oclusión dental; y un sensor incorporado dentro de dicho sustrato que comprende al menos una almohadilla capacitiva y líneas conductoras de transmisión, conectando operativamente dichas líneas conductoras de transmisión la almohadilla capacitiva a una unidad de microcontrolador.In a further embodiment, the device of the invention is used to measure dental occlusion and dental forces through capacitive means. Consequently, the device for use in measuring the dental occlusion of a subject through capacitive means, is characterized by comprising: a reversibly deformable substrate after dental occlusion; and a sensor incorporated within said substrate comprising at least one capacitive pad and conductive transmission lines, said conductive transmission lines operatively connecting the capacitive pad to a microcontroller unit.

En otra realización, el dispositivo de la invención es una conexión electrónica y mecánica que comprende dos almohadillas de circuito, en donde al menos una de las almohadillas es un conductor y/o una conexión eléctrica estirable según la invención, a saber, obtenido por el método de la invención.In another embodiment, the device of the invention is an electronic and mechanical connection comprising two circuit pads, wherein at least one of the pads is a conductor and / or a stretchable electrical connection according to the invention, namely, obtained by the method of the invention.

La presente invención se ilustra ahora por medio de ejemplos. Estos ejemplos no limitan el alcance de esta invención, que está definida por las reivindicaciones adjuntas.The present invention is now illustrated by way of examples. These examples do not limit the scope of this invention, which is defined by the appended claims.

EjemplosExamples

Novedosa transición de circuito electrónico estirable a flexibleNovel transition from stretchable to flexible electronic circuit

El método de la invención que da como resultado metales depositados sobre sustratos elásticos permite poner en contacto eléctrico la placa electrónica flexible con la estirable (véase la Figura 6). El metal líquido evaporado y combinado con Au puede permanecer en contacto con las partes metálicas electrónicas flexibles.The method of the invention that results in metals deposited on elastic substrates allows the flexible electronic board to be brought into electrical contact with the stretchable one (see Figure 6). The liquid metal evaporated and combined with Au can remain in contact with the flexible electronic metal parts.

Se modela una almohadilla (2, 5) tanto en el sustrato flexible (1) como en el estirable (4) para aumentar la región de contacto de los dos circuitos. Se crea un patrón en la placa flexible con fotolitografía y técnicas de grabado. En esta región se coloca un adhesivo (3) para mejorar la adherencia entre los dos sustratos (véase la Figura 6A). La cantidad de este adhesivo está por debajo del nivel de la metalización, tirando de la PCB estirable (6) hacia la flexible (7), mejorando el contacto eléctrico (véase la Figura 6B). Se pueden añadir más aglutinantes de encapsulación y mecánicos en esta región para mejorar la adhesión.A pad (2, 5) is modeled on both the flexible substrate (1) and the stretchable (4) to increase the contact region of the two circuits. A pattern is created on the flexible plate with photolithography and etching techniques. An adhesive (3) is placed in this region to improve the adhesion between the two substrates (see Figure 6A). The amount of this adhesive is below the level of metallization, pulling the stretchable PCB (6) towards the flexible one (7), improving the electrical contact (see Figure 6B). More encapsulating and mechanical binders can be added in this region to improve adhesion.

Prueba de estiramientoStretch test

Utilizando el método de la invención, se preparó una muestra para ensayos de estiramiento mecánico (véase la Figura 8). La muestra consistió en una línea conductora estrecha (2) modelada sobre silicona fina (1). Tal línea tenía 5 cm de largo y 250 pm de ancho en reposo. La deposición de metal se realizó evaporando Cr, Au y Ga a una velocidad de 1 nm/s, 3 nm/s y 0,1 nm/s respectivamente. La deposición del Ga se produjo a lo largo de todo el proceso. Los cables eléctricos (3) se conectaron directamente a las almohadillas de la muestra mediante un adhesivo (4). Después se analizó la muestra. Una máquina de prueba mecánica controlada por ordenador estiró linealmente la muestra (como lo indican las flechas en la Figura 6) y se midió la resistencia de la línea para diferentes valores de deformación (véase la Figura 9). La línea permaneció eléctricamente conductora hasta el 100 % de la tensión y más.Using the method of the invention, a sample was prepared for mechanical stretching tests (see Figure 8). The sample consisted of a narrow conductive line (2) modeled on fine silicone (1). Such a line was 5 cm long and 250 pm wide at rest. Metal deposition was carried out by evaporating Cr, Au and Ga at a rate of 1 nm / s, 3 nm / s and 0.1 nm / s respectively. Ga deposition occurred throughout the entire process. The electrical cables (3) were connected directly to the sample pads by means of an adhesive (4). The sample was then analyzed. A computer controlled mechanical testing machine linearly stretched the sample (as indicated by arrows in Figure 6) and line strength was measured for different strain values (see Figure 9). The line remained electrically conductive up to 100% voltage and more.

Aplicación en odontologíaApplication in dentistry

El método de la invención también permite el uso de componentes electrónicos estirables en campos de aplicación tecnológica en donde la tensión y la deformación del sustrato son mucho mayores que en el estado actual de la técnica. Además, esta invención introduce la posibilidad de interconectar sustratos electrónicos estirables con sustratos electrónicos tradicionales sin usar pastas conductoras dañinas ni otros conductores líquidos, lo que permite usar dispositivos electrónicos estirable en campos de aplicación en donde la toxicidad no está permitida (por ejemplo, en el campo dental o médico).The method of the invention also allows the use of stretchable electronic components in fields of technological application where the stress and deformation of the substrate are much higher than in the current state of the art. Furthermore, this invention introduces the possibility of interconnecting stretchable electronic substrates with traditional electronic substrates without using harmful conductive pastes or other liquid conductors, which allows the use of stretchable electronic devices in fields of application where toxicity is not allowed (for example, in the dental or medical field).

Utilizando el método de la invención, se ha fabricado una matriz de sensores capacitivos sensibles a la presión sobre silicona biomédica (Figura 7A). El conjunto de sensores (1) se ha conectado (3) a una placa electrónica semirrígida (2) sin utilizar pastas conductoras ni materiales nocivos (Figura 7B). La electrónica de la placa (4) procesa las señales recopiladas por la matriz de sensores y evalúa la oclusión del paciente. Ante fuerzas y tensiones dentales (5), los elementos electrónicos adaptan su forma a la topología dental, se estiran, comprimen y relajan a la vez que permanecen conductores y elásticos incluso para deformaciones elevadas. Using the method of the invention, an array of capacitive pressure sensitive sensors has been manufactured on biomedical silicone (Figure 7A). The set of sensors (1) has been connected (3) to a semi-rigid electronic board (2) without using conductive pastes or harmful materials (Figure 7B). The electronics of the plate (4) processes the signals collected by the sensor array and evaluates the occlusion of the patient. In the face of dental forces and stress (5), the electronic elements adapt their shape to the dental topology, stretch, compress and relax while remaining conductive and elastic even for high deformations.

ReferenciasReferences

[1] Documento US 7.491.892 B2 - Stretchable and elastic interconnects, Princeton University[1] US 7,491,892 B2 - Stretchable and elastic interconnects, Princeton University

[2] S.P. Lacour et al, Electronic dura mater for long term multimodal neural interfaces, Science 9, enero de 2015, Vol. 347 n26218 págs. 159-163[2] S.P. Lacour et al, Electronic dura mater for long term multimodal neural interfaces, Science 9, January 2015, Vol. 347 n26218 pp. 159-163

[3] A. P. Gerratt, N. Sommer, S. P. Lacour y A. Billard, Stretchable capacitive tactile skin on humanoid robot fingers - First experiments and results, 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, Madrid, 2014, págs. 238-24510[3] A. P. Gerratt, N. Sommer, S. P. Lacour and A. Billard, Stretchable capacitive tactile skin on humanoid robot fingers - First experiments and results, 2014 IEEE-RAS International Conference on Humanoid Robots, Madrid, 2014, pp. 238-24510

[4] N. Tiercelin, P. Coquet, R. Sauleau, V. Senez y H. Fujita, Polydimethylsiloxane membranes for millimeter wave planar ultra flexible antennas, Journal of Micromechanics and Microengineering, IOP Publishing, 2006, 16, págs.[4] N. Tiercelin, P. Coquet, R. Sauleau, V. Senez and H. Fujita, Polydimethylsiloxane membranes for millimeter wave planar ultra flexible antennas, Journal of Micromechanics and Microengineering, IOP Publishing, 2006, 16, pp.

2389-23952389-2395

[5] J.W. Boley, E.L. White, G.T.-C. Chiu, R.K. Kramer, Direct Writing of Gallium-Indium Alloy for Stretchable Electronics, Advanced Functional Materials 23, 18 de junio, Vol. 24, págs. 3501 -3507. [5] J.W. Boley, E.L. White, G.T.-C. Chiu, R.K. Kramer, Direct Writing of Gallium-Indium Alloy for Stretchable Electronics, Advanced Functional Materials 23, June 18, Vol. 24, pp. 3501-3507.

Claims

1. A method of producing a stretchable electrical conductor and / or connection comprising

- provide a stretchable substrate, a liquid metal, a conductive metal and an adhesion material in the same evaporation chamber;

- deposit the liquid metal;

- deposit the adhesion material; Y

- deposit the conductive metal;

the liquid metal, the conductive metal and the adhesion material are deposited by evaporation, the deposition is carried out under vacuum;

where

- the liquid metal is continuously deposited by evaporation throughout the evaporation process, including the deposition of the bonding material and the conductive metal.

The method according to claim 1, wherein the adhesion material is deposited before the conductive metal.

The method according to any one of the preceding claims, wherein the liquid metal, the conductive metal and the adhesion material are deposited by evaporation at different deposition rates, which vary during the process.

The method according to any one of the preceding claims, further comprising a step of depositing the liquid metal on the stretchable substrate and / or prior to depositing the adhesion material.

The method according to any one of the preceding claims, further comprising a step of depositing the liquid metal after depositing the adhesion material and before depositing the conductive material.

The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the liquid metal is deposited before depositing the adhesion material, during the deposition of said adhesion material, after depositing said adhesion material and before of depositing the conductive material, during the deposition of said conductive material and after depositing said conductive material.

The method according to any one of the preceding claims, wherein the evaporative deposition is performed by a method of physical vapor deposition selected from a sublimation process deposition, cathodic arc deposition, physical vapor deposition by electron beam, thermal evaporation, evaporative deposition, pulsed laser deposition, sputter deposition and / or chemical vapor deposition, electron beam evaporation, thermal evaporation, molecular beam epitaxy.

The method according to any one of the preceding claims, wherein the stretchable substrate comprises an elastomeric material.

The method according to any one of the preceding claims, wherein the liquid metal is selected from gallium, mercury, alloys or oxides thereof and liquid or semi-liquid metal at 90 ° C under atmospheric pressure conditions ; the adhesion material is metallic selected from Cr, Ti and the conductive material is metallic selected from Au, Ag, Cu, Pt, Pd.

The method according to any one of the preceding claims, wherein the deposition of metals and material on the stretchable substrate is patterned.

11. A device comprising one or more stretchable electrical conductors and / or connections produced by the method defined by claims 1 to 10.

The device of claim 11, characterized in that it is selected from a strain gauge, a capacitive pad, a ground plane, a sensor, a capacitive sensor, an array of capacitive sensors, an electronic mechanical connection.

The device according to any one of claims 11 and 12 for use in measuring dental occlusion and dental forces through capacitive means.

The device according to any of claims 11-13, characterized in that it is an electronic and mechanical connection comprising two circuit pads, in which at least one of the pads is a stretchable conductor and / or electrical connection produced by the method defined by claims 1 to 10.